ABDULLAH NUR MU’IZZ BIN ABDULLAH
TERKURUNG DENGAN SUDUT LUBANG DINDING 45 DARJAH (45o)
ABDULLAH NUR MU’IZZ BIN ABDULLAH
Tesis ini dikemukakan sebagai
memenuhi sebahagian daripada syarat penganugerahan Ijazah Sarjana Muda Kejuruteraan Mekanikal (Termal-Bendalir)
dengan Kepujian
Fakulti Kejuruteraan Mekanikal Universiti Teknikal Malaysia Melaka
PENGESAHAN PENYELIA
“Saya akui bahawa telah membaca tesis ini dan pada pandangan saya tesis ini adalah memadai dari segi skop dan kualiti untuk tujuan penganugerahan ijazah Sarjana Muda Kejuruteraan Mekanikal (Termal-Bendalir) dengan Kepujian.”
Tandatangan : ...
Penyelia : DR. YUSMADY BIN MOHAMED ARIFIN
PENGAKUAN
“Saya akui tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali ringkasan dan petikan yang tiap-tiap satunya saya telah jelaskan sumbernya”
Tandatangan : ...….………...
Penulis : ABDULLAH NUR MU’IZZ BIN ABDULLAH
PENGHARGAAN
ABSTRACT
Nowadays, world’s temperatures is rising on some factors of production or pollution, especially carbon dioxide (CO2) to the environment and depleting the
ozone layer. For preliminary beginning to accept challenge by the government on the implementation of green technologies, this research is to study the natural ventilation in a confined space which involving the shape of a confined space that could be an example to be used as samples for future research. This study focus on the flow of air from outside of the confined space entering the confined space through a gapping wall, j first and then entering the opening space available at the pits at an angle of 45 degrees (450) leading to changes of the pattern of air flow. Distance gapping wall, j
used vary with differences deflector prism, R according to the specified case. The study used computer-aided drawing software (CAD) to build the model of the confined space. The first software used to design the model is SOLIDWORKS. There are nine cases of designed modeled and then integrating to the computational
fluid dynamics (CFD) which is the second software, ANSYS FLUENT to simulate
ABSTRAK
Pada masa kini, suhu bumi kian meningkat atas beberapa faktor terutama dari pengeluaran atau pencemaran gas karbon dioksida (CO2) terhadap alam sekitar serta
lapisan ozon yang semakin menipis
.
Bagi permulaan awal untuk menyahut cabaran dari kerajaan berkenaan perlaksanaan teknologi hijau, kajian ini adalah untuk mengkaji pengudaraan semula jadi dalam suatu ruang terkurung yang melibatkan bentuk ruang terkurung sebagai contoh yang boleh dijadikan sampel untuk kajian akan datang.
Kajian ini akan memfokuskan aliran udara dari luar kawasan ruang terkurung lantas memasuki kawasan ruang terkurung melalui jarak sela dinding, j dahulu kemudian memasuki bukaan ruang yang terdapat pada lubang-lubang yang bersudut 45 darjah (450) seterusnya mengakibatkan perubahan pada pola aliran udara.
Jarak sela dinding, j yang digunakan adalah berbeza-beza beserta denganperbezaan prisma pemesong, R mengikut kes yang ditetapkan. Kajian mengunakan
ISI KANDUNGAN
PENGHARGAAN ... i
ABSTRACT ... ii
ABSTRAK ... iii
ISI KANDUNGAN ... iv
SENARAI RAJAH ... vi
SENARAI JADUAL ... vii
SENARAI SIMBOL ... viii
SENARAI SINGKATAN ... viii
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1 LATAR BELAKANG ... 1
1.2 KEPENTINGAN PROJEK ... 1
1.3 OBJEKTIF ... 2
1.4 SKOP ... 2
BAB 2 KAJIAN ILMIAH ... 3
2.1 PENGENALAN ... 3
2.2 RUANG TERKURUNG ... 4
2.3 ALIRAN UDARA ... 4
2.3.1 Pola aliran udara ... 5
2.4 PENGUDARAAN SEMULA JADI ... 6
2.5 KESELESAAN TERMAL ... 7
2.6 LUBANG SALUR UDARA... 8
2.7 PERGERAKAN UDARA DALAMAN ... 9
BAB 3 KAEDAH KAJIAN ... 17
3.1 PENGENALAN ... 17
3.2 PERISIAN PENGKOMPUTERAN DINAMIK BENDALIR (CAD) ... 17
3.2.1 Permodelan ... 18
3.2.2 Analisis ... 18
3.3 CARTA ALIRAN KAJIAN ... 19
3.4 MODEL BINAAN ... 19
3.5 SOLIDWORKS ... 20
3.6 ANSYS FLUENT ... 21
3.6.1 Lukisan Geometri... 23
3.6.2 Jejaring Sirat “Meshing” ... 25
3.6.3 Penyelesaian Masalah “Problem Solver” ... 27
BAB 4 KEPUTUSAN DAN PERBINCANGAN... 31
4.1 PENGENALAN ... 31
4.2 GARIS ARUS ... 32
4.3 VEKTOR HALAJU ... 34
4.5 PERBINCANGAN GARIS ARUS, VEKTOR HALAJU DAN KONTOR HALAJU ... 36
4.6 KEPUTUSAN PERBANDINGAN KESELURUHAN ... 43
BAB 5 KESIMPULAN ... 48
5.1 CADANGAN KAJIAN AKAN DATANG ... 50
RUJUKAN ... 51
LAMPIRAN A ... 53
SENARAI RAJAH
Rajah 2.1: Pengudaraan bantuan angin ... 7
Rajah.2.2: Medan halaju dalaman dan fenomena yang berkaitan (suhu, kepekatan bahan cemar dan usia) ... 10
Rajah 2.3: Langkah pengudaraan di dalam bilik ... 14
Rajah 2.4: Contoh reka bentuk pembukaan untuk menggalakkan pergerakan udara dalaman. ... 16
Rajah 3.1: Carta aliran kajian ... 19
Rajah 3.2: Lakaran ruang kosong model... 20
Rajah 3.3: Lakaran pejal model ... 21
Rajah 3.4: Lakaran bingkai jejaring sirat model ... 22
Rajah 3.5: Lakaran pejal jejaring sirat model ... 22
Rajah 3.6: 3-D model CAD SOLIDWORKS ... 24
Rajah 3.7: 3-D model CAD ANSYS... 25
Rajah 3.8: 3-D model jejaring sirat pandangan isometrik ... 26
Rajah 3.9: Model jejaring sirat pandangan tepi ... 26
Rajah 4.1: Hasil garis arus bagi kesemua 9 kes ... 33
Rajah 4.2: Hasil vektor halaju bagi kesemua 9 kes ... 35
Rajah 4.3: Lokasi titik-titik rujukan berdasarkan dimensi ruang terkurung ... 43
Rajah 4.4: Graf tindak balas halaju, (m/s) pada jarak sela dinding, j 10 mm ... 44
Rajah 4.5: Graf tindak balas halaju, (m/s) pada jarak sela dinding, j 20 mm ... 44
Rajah 4.6: Graf tindak balas halaju, (m/s) pada jarak sela dinding, j 30 mm ... 45
Rajah 4 7: Tindak balas magnitud halaju, (m/s) dalam ruang terkurung ... 45
SENARAI JADUAL
Jadual 3.1: Pengelasan kes-kes mengikut pemboleh ubah ... 20
Jadual 3.2: Ukuran fizikal badan kajian ruang terkurung ... 24
Jadual 3.3: Sampel butiran jejaring sirat bagi kes 1 ... 26
Jadual 3.4: Tetapan penyelesai ... 27
Jadual 3.5: Tetapan model... 27
Jadual 3.6: Sifat udara ... 28
Jadual 3.7: Tetapan keadaan sempadan ... 29
Jadual 3.8: Ruangan pendiskretan ... 29
Jadual 4.1: Tetapan keputusan garis arus ... 32
SENARAI SIMBOL
Θ j v R
Sudut lubang dinding Jarak sela dinding Halaju angina
Nisbah prisma pemesong
[ 0]
[mm] [m/s] SENARAI SINGKATAN CO2 PPD PMV HVAC CAD CFD CFM Karbon dioksida
“Predicted Percentage of Dissatisfied” “Predicted Mean Vote”
“Heating,Ventilation and Air Conditioning” “Computer Aided Drawing
BAB 1 PENDAHULUAN
PENDAHULUAN
1.1LATAR BELAKANG
Ruang terkurung sering dikaitkan dengan ruang yang tertutup, namun secara terperincinya kedua-duanya adalah berbeza
.
Ruang tertutup adalah ruang yang ditutup dengan dinding, tingkap, atau pintu dan mempunyai pengaliran udara yang baik di sekitarnya.
Ruang terkurung pula hampir sama dengan ruang tertutup cuma pengaliran udara di sekitarnya amat sedikit atau hampir tiada pengaliran udara di mana projek ini akan menjadikan kajian ruang terkurung sebagai aplikasi bilik terkurung dalam situasi sebenar.1.2KEPENTINGAN PROJEK
1.3OBJEKTIF
1. Untuk menyiasat pola kitaran aliran udara dalam ruang terkurung dengan sudut lubang dinding (θ) 45 darjah (45o) menggunakan pendekatan simulasi
.
2. Mensimulasikan model dengan variasi nisbah prisma pemesong (R) dan
jarak sela dinding ( j) yang berbeza-beza
.
1.4SKOP
Kajian ini menggunakan perisian dinamik bendalir iaitu perisian ANSYS FLUENT untuk mensimulasikan pola kitaran aliran udara dalam ruang terkurung dengan sudut lubang dinding (θ) 45 darjah (45o)
.
Pembolehubah manipulasi yangBAB 2 KAJIAN ILMIAH
KAJIAN ILMIAH
2.1 PENGENALAN
Ruang terkurung yang diketengahkan dalam projek ini lebih kepada ruang
terkurung didalam sesuatu bilik
.
Untuk mengelakkan atau mengurangkanpenggunaan sistem mekanikal, penggunaan sistem semula jadi boleh dijadikan salah satu jalan penyelesaian untuk mengatasi haba panas yang terperangkap di dalam sesuatu bilik terutamanya pada waktu malam
.
Suhu sesuatu bilik pada waktu malam agak baik untuk dikawal dengan sistem semula jadi kerana suhu objek yang terdapat pada dinding, bumi, siling dan atap telah menurun berbanding waktu siang dimana haba dari sinaran matahari telah menaikkan suhu objek tersebut yang bersifat kanduktif terhadap haba
.
2.3 ALIRAN UDARA
Etheridge, David. (2012), Pergerakan udara boleh dikawal atau tidak terkawal, Pada masa dahulu kajian merujuk kepada pergerakan udara dalam pembuluh (saluran atau paip) dan pada masa kini kajian lebih melibat pergerakan udara di dalam ruang yang besar (bilik, bangunan, atau kawasan luar)
.
Pereka pengudaraan industri akan menghadapi kedua-dua keadaan tersebut walaupun sifatnya yang berkait untuk mengawal aliran udara adalah sangat penting.
Pemahaman yang mendalam tentang hukum asas pengawalan aliran udara adalah sangat berharga kepada jurutera supaya pengiraan rekabentuk ditafsir dan dilaksanakan secara teratur walaupun rekabentuk yang sebenar kebanyakan sistem menggunakan pendekatan secara langsung.
Andaian yang dibuat dalam kajian ini adalah seperti berikut:
celcius (200C) dan tekanan 1atm (1
.
01×105 Pa).
Nilai-nilai ini akan dijadikan syarat standard dalam projek ini.
Udara adalah bendalir homogen iaitu komposisinya mengikut kawasan dan konsisten untuk suatu waktu
.
Pengecualian terhadap andaian ini juga diambil perhatian seperti pengetahuan ketumpatan bendalir, tekanan dan suhu diperlukan untuk menggambarkan
bendalir mengisi atau memenuhi ruang sepenuhnya
.
Ketika mempertimbangkangerakan bendalir, ciri-ciri tambahan seperti halaju, kelikatan dan kehilangan tenaga geseran secara tidak langsung menjadi penting
.
2.3.1 Pola aliran udara
Pada istilah kejuruteraan, pola aliran udara adalah pengukuran pada jumlah udara yang mengalir ke sesuatu kawasan atau ruang yang tertentu pada sesuatu masa
.
Jumlah udara boleh diukur dengan menggunakan pengukuran isipadu atau jisim.
Kebiasaannya ia diukur dengan isipadu tetapi terdapat sesuatu penggunaan aplikasi lebih baik diukur dengan jisim.
Udara boleh dianggap sebagai gas seperti gas oksigen , karbon dioksida, helium dan sebagainya.
Maka suhu gas tersebut berbeza-beza mengikut isipadu sesuatu jenis gas.
tekanan turun naik
.
Tekanan turun naik ini mungkin disebabkan oleh ciri-ciri pergolakan yang menghampiri angin atau dari pergolakan yang disebabkan oleh suatu binaan itu sendiri.
Topik umum berkaitan aliran udara dalam suatu ruang binaan telah menerima banyak kepentingan sebagaimana yang ditunjukkan oleh banyak uji kaji yang lepas dalam bidang ini dan pelbagai model asas telah dicadangkan untuk dikaji sebagai penambahbaikan.
2.4 PENGUDARAAN SEMULA JADI
Gadi, M.B. (2010), Pengudaraan semula jadi ini bukanlah penemuan kaedah yang baru
.
Pengudaraan sistem mekanikal telah digunakan sejak 150 tahun yang lalu.
Dalam pada waktu itu, semua bilik atau ruang terkurung menggunakan pengudaraan semula jadi.
Permulaan rekabentuk pengudaraan semula jadi ini mungkin boleh dianggap ketika sesuatu bilik atau ruang terkurung telah menjadi sesuatu tujuan binaan yang mempunyai pengudaraan semula jadi.
Bukti tujuan binaan pengudaraan terdapat di negara Cina pada zaman neolitik.
bantuan angin
.
Secara teori, udara panas akan megalir ke permukaan atas kerana kandungan zarah-zarah dalam udara panas tersebut lebih ringan berbanding udara sejuk.
Oleh itu, konsep moden yang digunakan pada masa kini adalah dengan menggunakan bantuan angin yang akan menolak atau memutarkan bilah dan menyebabkan putaran vakum berlaku dari dalam rumah, maka secara tidak langsung udara panas dari dalam rumah disedut dan dibawa keluar.
Kemudian udara sejuk akan mula memasuki rumah dari paras bawah.
Rajah 2
.
1: Pengudaraan bantuan angin2.5 KESELESAAN TERMAL
Keselesaan dan kesihatan bergantung kepada banyak fenomena kompleks dan tidak berkaitan yang melibatkan keadaan-keadaan objektif serta persepsi yang subjektif
.
Fanger (1970) berhujah bahawa jika seseorang individu yang mempunyai terma sensasi adalah lebih panas daripada sedikit suam (+1) atau lebih sejuk daripada sedikit sejuk (-1) tidak akan berpuas hati dengan persekitaran haba dan berkemungkinan untuk membuat aduan. Bagi setiap ujian berkelompok yang dijalankan, beliau akan memastikan sensasi haba purata dan peratusan subjek kajian dalam kelompok mempunyai sensasi haba tidak keluar dari ± 1.Arah Angin
Udara Panas
Musim
berpuas hati yang dijangka (“Predicted Percentage of Dissatisfied”, PPD) yakni dalam menentukan alam sekitar dari segi skala efektif yang baru. Fanger juga telah membangunkan “persamaan keselesaan” yang dipanggil Jangkaan Purata Undi (“Predicted Mean Vote”, PMV), iaitu satu kaedah meramalkan sensasi haba yang sama berdasarkan parameter alam sekitar.
Menurut ANSI/ASHRAE Piawai 55 (2010), keselesaan termal ditakrifkan sebagai "penyataan kepuasan dengan persekitaran termal dan dinilai oleh penilaian yang bersifat subjektif". Keselesaan termal juga dikenali sebagai keselesaan manusia, keselesaan termal adalah kepuasan penghuni dengan keadaan termal dan sekitar adalah penting untuk dipertimbangkan apabila merekabentuk struktur yang akan diduduki oleh penghuni sesuatu kawasan itu.
2.6 LUBANG SALUR UDARA
Lubang salur udara boleh diambil contoh penggunaan orifis atau rongga
.
Orifis pada zahirnya adalah digunakan untuk mengukur aliran udara.
Lubang boleh digunakan untuk mengukur kadar aliran apabila saiz dan bentuk dalam rongga badan dan kepala yang bertindak dapat dipastikan.
Dalam kegunaan pengairan, terdapat dua jenis yang biasa digunakan iaitu lubang bulat atau segi empat tepat dan biasanya diletakkan di permukaan menegak, bersudut tepat dengan arah aliran saluran.
Ada beberapa sebab orifis dicipta
.
Untuk meninggikan arah tekanan
.
Untuk mengurangkan aliran disepanjang jalan lubang
.
diadaptasikan kepada lubang yang digunakan adalah untuk mengalirkan udara dari luar menembusi dinding melalui lubang yang ditebuk dan bersudut 45 darjah (450)
.
Tujuan lain lubang digunakan adalah untuk mengawal aliran udara dari luar supaya pengalirannya dapat diasingkan atau diceraikan dan diedarkan secara menyeluruh ke dalam ruang terkurung itu
.
2.7 PERGERAKAN UDARA DALAMAN
Rajah 2
.
2 menunjukkan kepentingan medan halaju pada pergerakan udara dalaman untuk mencapai pengaliran udara yang terbaik.
Pada waktu panas, arus udara sejuk dalam bilik boleh menyebabkan ketidakselesaan manakala pada waktu sejuk pula halaju tinggi yang mampu untuk bergerak bebas didalam bangunan adalah wajar untuk menyebarkan udara sejuk.
Rajah 2.2: Medan halaju dalaman dan fenomena yang berkaitan (suhu, larutan bahan cemar dan usia) (Burgess, 2004)
Antara penunjuk yang lebih umum tentang kualiti udara adalah taburan pola kematangan udara didalam suatu ruang yakni masa yang telah berlalu sewaktu udara memasuki ruang
.
Hal ini membuktikan bahawa kualiti udara ini semata-mata ditentukan oleh medan halaju.
Hal ini jelas menunjukkan bahawa halaju dalaman dan medan suhu adalah penting untuk mengekalkan keselesaan dan persekitaran dalaman yang sihat.
Oleh yang demikian, ia menimbulkan persoalan bagaimana isu-isu ini perlu ditangani dalam rekabentuk.
Sekiranya dengan menggunakan pengudaraan sistem mekanikal ia mungkin mampu meletakkan titik udara masuk dan keluar di dalam ruang dalam apa-apa cara untuk faktor-faktor ini diambil kira.
Sekiranya dengan menggunakan pengudaraan semula jadi pula kedudukan bukaan adalah lebih terhad.
Tambahan pula, magnitud pada kadar aliran individu boleh dikawal rapi dengan sistem mekanikal.
Taburan matang Medan suhu
Medan Halaju
saiz bukaan
.
Ketepatan sistem ini adalah kurang tepat kerana kadar aliran sebahagiannya berinteraksi antara satu sama lain.
Akibat daripada ini, ia bukan sahaja perubahan pada kadar aliran yang terlibat.
Ia akan menjadi lebih sukar untuk mengambil kira gerakan udara dalaman dalam rekabentuk sistem pengudaraan semula jadi.
Untuk sistem pengudaraan semula jadi pula, gerakan udara dalaman mungkin lebih sensitif kepada kesan haba (pemindahan haba pada dinding atau permukaan lain) kerana ia tidak menunjukkan untuk menjadi sumber aliran yang dominan.
Kreider (1994) ada menyatakan mengenai sistem pengudaraan yang biasa di bangunan komersial kitaran udara pada kadar yang tinggi adalah kadar edaran semula yang beberapa kali lebih tinggi daripada kadar di mana udara segar diambil. Lebih daripada itu, udara yang keluar daripada peresap udara mempunyai halaju yang cukup tinggi untuk menyebabkan banyak pencampuran kawasan setempat. Akibatnya, udara di dalam bangunan dengan sistem pengudaraan mekanikal cenderung untuk menjadi sebati. Dalam zon udara yang agak terkurung, kadar aliran udara setempat yang terkesan juga lebih rendah daripada purata udara dalam bangunan dan penumpuan udara setempat yang terhasil daripada bahan cemar juga lebih tinggi. Pencampuran udara yang tidak mencukupi boleh menyebabkan masalah kualiti udara setempat.
